UNIVERSIDAD DE OVIEDO

(1)

U

NIVERSIDAD DE

O

VIEDO

D

EPARTAMENTO DE

E

XPLOTACIÓN Y

P

ROSPECCIÓN DE

M

INAS

TESIS DOCTORAL

TRATAMIENTOS ALTERNATIVOS DE AGUAS

RESIDUALES EN PARAJES ASTURIANOS

PROTEGIDOS. EMPLEO DE MEJORAS

TÉCNICAS DISPONIBLES

DIRECTORES: D. Jorge Loredo Pérez D. Juan Ángel Martínez Esteban

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A Bicho, a mis padres, hermanos y amigos, gracias Fran

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INTRODUCCIÓN

Objetivos

En los últimos tiempos, las necesidades crecientes de resolver el saneamiento de la población, tanto en el ámbito estatal como autonómico, han supuesto un agravamiento del problema de contaminación de los afluentes, lo que se traduce en un incremento de los posibles daños al medio ambiente y potencialmente a la salud del ser humano. Como es bien sabido, el Principado de Asturias es una región donde una gran parte de la población residente se encuentra dispersa, deslocalizada en pequeños asentamientos rurales que con el nuevo auge del turismo rural y las nuevas tecnologías presentan una población residente nada despreciable a la hora de solventar sus necesidades de saneamiento y depuración así como la devolución al medio del agua depurada cerrando así el ciclo integral del agua. Los efluentes receptores de esta agua depurada presentan en multitud de ocasiones escaso aporte de caudal y además se encuentran protegidos con determinadas directivas europeas o leyes nacionales que dificultan aún más la elección de un sistema de depuración efectivo y acorde con los parámetros de calidad exigidos.

Todo esto hace que, en multitud de ocasiones, se presenten problemas para la administración local a la hora de resolver la depuración de estas aguas residuales, dado que son necesarios procesos de depuración específicos, costosos y deslocalizados, los cuales en muchas de las ocasiones o bien no son capaces de ofrecer el rendimiento deseado o son demasiado sofisticados para el fin de calidad deseado.

Metodología y Plan de Trabajo

En este trabajo se pretende analizar la problemática asociada al saneamiento y depuración de los núcleos rurales asturianos protegidos, tanto desde el punto de vista

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permite en primera instancia la recopilación bibliográfica (estado del arte) y seguimiento de las técnicas relacionadas con los procesos de depuración existentes y emergentes; seguidamente se realizará la evaluación y agrupación de los distintos escenarios de depuración que existen en el Principado de Asturias; a continuación se realiza la evaluación “in situ” de las necesidades de depuración para cada uno de los escenarios representativos; seguidamente se realiza un diseño, dimensionamiento y simulación del tratamiento de depuración óptimo para el emplazamiento concreto; y por último se confecciona una “matriz de toma de decisiones” la cual enmarca los criterios de elección que permitan escoger el tratamiento más adecuado en función de una serie de parámetros característicos del medio.

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ÍNDICE DE MATERIAS

CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE E INTRODUCCIÓN ... 11

1.1 Ámbito Autonómico ... 15

1.2 Ámbito de la investigación ... 16

CAPÍTULO II. METODOLOGÍA ... 23

2.1 Procesos de depuración seleccionados ... 25

2.1.1 Fangos activados (aireación prolongada) ... 25

2.1.2 Lechos bacterianos ... 29

2.1.3 Contactores Biológicos Rotativos ... 33

2.1.4 Tanque Imhoff ... 38

2.1.5 Filtros de arena enterrados ... 41

2.1.6 Zanjas filtrantes ... 45

2.1.7 Reactor Biológico de Membranas (MBR) ... 49

2.2 Caudal ecológico ... 55

CAPÍTULO III. DESARROLLO DEL CASO DE ESTUDIO ... 58

3.1 Escenario Nº 1 ... 60

3.1.1 Marco hidrogeológico ... 60

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3.1.3 Datos base de partida ... 65

3.1.4 Diseño de la E.D.A.R. ... 66

3.2.2 Caudal ecológico del medio receptor. Escenario 2 ... 83

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3.5.3 Contactor Biológico Rotativo con Lecho Filtrante ... 150

3.5.4 Reactor Biológico de Membranas (MBR) ... 152

3.5.5 Tabla resumen de inversiones ... 154

CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES ... 155

4.1 Lechos bacterianos ... 158

4.2 Aireación prolongada ... 159

4.3 Contactores Biológicos Rotativos ... 161

4.4 Reactor Biológico de Membranas ... 163

4.5 Matriz de toma de decisiones ... 165

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla I Requisitos para los vertidos procedentes de instalaciones de aguas residuales urbanas (R.D. 509/1996)

Pág. 14 Tabla II Requisitos establecidos por el Plan Director del Saneamiento y Depuración

del Principado de Asturias para diferentes tipos de ríos

Pág. 18 Tabla III Rendimientos esperados para el proceso de Aireación Prolongada. Pág. 28

Tabla IV Rendimientos esperados para los Lechos Bacterianos Pág. 32 Tabla V Rendimientos esperados para los Contactores Biológicos Rotativos Pág. 37 Tabla VI Rendimientos esperados para el Tanque Imhoff Pág. 40

Tabla VII Rendimientos esperados para los Filtros de Arena Enterrados Pág. 44 Tabla VIII Rendimientos esperados para las Zanjas Filtrantes Pág. 48 Tabla IX Diferencia entre la configuración MBR con membrana sumergida y externa o

presurizada

Pág. 50

Tabla X Rendimientos esperados para el proceso de Reactor Biológico de Membrana (MBR)

Pág. 54 Tabla XI Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 1 Pág. 62

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Tabla XII Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 1 aplicado el coeficiente de proporcionalidad

Pág. 63

Tabla XIII Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 2 Pág. 85 Tabla XIV Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 2 aplicado el

coeficiente de proporcionalidad

Pág. 86 Tabla XV Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 3 Pág. 107

Tabla XVI Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 3 aplicado el coeficiente de proporcionalidad

Pág. 108 Tabla XVII Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 4 Pág. 125 Tabla XVIII Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 4 aplicado el

coeficiente de proporcionalidad

Pág. 126 Tabla XIX Resumen de inversiones para los cuatro escenarios considerados Pág. 154

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Esquema del proceso habitual de Fangos Activos Pág. 26 Figura 2 Esquema del proceso habitual de Lechos Bacterianos Pág. 30 Figura 3 Esquema del proceso habitual de Contactores Biológicos Rotativos Pág. 34 Figura 4 Esquema de un Tanque Imhoff Pág. 38 Figura 5 Esquema de los Filtros de Arena Enterrados Pág. 42 Figura 6 Esquema de las Zanjas Filtrantes Pág. 46 Figura 7 Esquema explicativo de configuración MBR con membrana sumergida Pág. 51 Figura 8 Esquema explicativo de configuración MBR con membrana externa Pág. 52

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La Ley 29/1985, de 2 de agosto, de Aguas, y la Ley 22/1988, de 28 de julio, de Costas, establecen diferentes medidas para conseguir una mejor calidad de las aguas continentales y marítimas respectivamente, entre las que cabe destacar el sometimiento a autorización previa de las actividades susceptibles de provocar la contaminación del dominio público hidráulico o del dominio público marítimo-terrestre y, en especial, los vertidos.

La Unión Europea aprobó la Directiva 91/271/CEE, del Consejo, de 21 de mayo, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas, en la cual se establece que los Estados miembros adoptarán las medidas necesarias para garantizar que dichas aguas son tratadas correctamente antes de su vertido.

En la Directiva se definen diferentes categorías para la zonificación del territorio. Las zonas se clasifican de la siguiente forma:

 Zonas normales,  Zonas sensibles y  Zonas menos sensibles

El artículo 5 de la Directiva establece que, antes del 31 de diciembre de 1993, debían declararse las zonas sensibles y en el artículo 6 se indica que antes de la misma fecha podrían determinarse las zonas menos sensibles con los criterios incluidos en su Anexo II.

Hay una serie de normas en las que se establecen las concentraciones máximas de determinados contaminantes en las aguas superficiales para poder utilizarlas para ciertas actividades:

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de febrero de 1988 y la Orden de 11 de mayo de 1988. Esta Directiva está parcialmente modificada por la Directiva del Consejo 79/869/CEE.

 La Directiva 76/160/CEE, relativa a la calidad de las aguas de baño, se refiere a las aguas continentales y a las marinas. En su único anexo se indican los parámetros a tener en cuenta, los valores guía e imperativo, la frecuencia mínima de muestreo y el método de análisis e inspección.

 La Directiva 78/659/CEE es la norma referente a la calidad de las aguas continentales que requieren protección o mejora para ser aptas para la vida de los peces. Contiene dos anexos en los que se indican las concentraciones máximas de determinados parámetros en función de que se trate de aguas salmonícolas o aguas ciprinícolas.

 La Directiva 79/869/CEE trata sobre los métodos de medición y la frecuencia de los muestreos y del análisis de las aguas superficiales destinadas a la producción de agua potable. En sus anexos se determinan los parámetros, límite de detección, precisión, exactitud, método de medición de referencia, material recomendado para el recipiente, frecuencia mínima anual y pesos o categorías de los parámetros.

 La Directiva 79/923/CEE es relativa a la calidad exigida a las aguas para cría de moluscos. Se refiere a aguas continentales y marinas y en su anexo se definen los parámetros a tener en cuenta, los valores guía y obligatorio, el método de análisis de referencia y la frecuencia mínima de muestreo y de medición.

 La Directiva 80/778/CEE sobre la calidad de las aguas destinadas al consumo humano, se aplica a aguas directamente consumidas y a las destinadas a empresas alimentarias. Su anexo I contiene seis cuadros con los siguientes parámetros: organolépticos, físico-químicos, sustancias no deseables,

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volumen de la muestra, el nivel guía y las concentraciones máximas admitidas. En el anexo II se dan los modelos y frecuencia de los análisis tipo. En el anexo III se establecen los métodos analíticos de referencia.

La transposición al Ordenamiento interno de la Directiva 91/271/CEE se materializó a través el Real Decreto-Ley 11/1995 de 28 de diciembre. Este Real Decreto-Ley establece normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas, regulando las obligaciones de disponer de un sistema de colectores para la recogida y conducción de las aguas residuales en determinadas “aglomeraciones urbanas”. En el Artículo 6 del mencionado R.D.-L. expone:

Las aglomeraciones urbanas que se indican a continuación dispondrán de un tratamiento adecuado para sus aguas residuales, antes del día 1 de enero del año 2006, en las siguientes circunstancias:

Aquellas que cuenten con menos de 2.000 habitantes equivalentes y viertan en aguas continentales y estuarios.

Aquellas que cuenten con menos de 10.000 habitantes equivalentes y viertan en aguas marítimas.

Mediante el Real Decreto 509/1996 de 15 de marzo, que desarrolla el Real Decreto Ley 11/1995, se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas. En el Anexo I de este Real Decreto aparecen los requisitos de los vertidos de aguas residuales, estando el segundo cuadro de este Anexo modificado por el Real Decreto 2116/1998, de 2 de octubre.

Tabla I.- Requisitos para los vertidos procedentes de instalaciones de aguas residuales urbanas (R.D. 509/1996).

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Este Real Decreto 509/1996, también menciona lo siguiente:

“Los vertidos procedentes de las instalaciones de tratamiento secundario o de un

proceso equivalente, a las que hace referencia el artículo 5 del Real Decreto-Ley, deberán cumplir los requisitos que figuran en el cuadro 1 del anexo I de este Real Decreto. No obstante, las autorizaciones de vertidos podrán imponer requisitos más rigurosos cuando ello sea necesario para garantizar que las aguas receptoras cumplan con los objetivos de calidad fijados en la normativa vigente”.

Por su parte el Real Decreto 606/2003, de 23 de mayo, por el que se modifica el Real Decreto 849/1986, de 11 de abril, por el que se aprueba el Reglamento del Dominio Público Hidráulico, que se desarrolla los Títulos preliminar, I, IV, V, VI y VIII de la ley 29/1985 de 2 de agosto de Aguas, en la que se establece que los recursos hídricos deberán estar disponibles no solo en cantidad necesaria, sino también con la calidad precisa.

1.1 Ámbito Autonómico

El Gobierno del Principado de Asturias, con objeto de impulsar el desarrollo de la Ley 1/1994 de abastecimiento y saneamiento de aguas en el Principado de Asturias desarrolló, entre otras actuaciones, el Plan director de saneamiento del Principado de Asturias 2002-2013. Este documento tiene como antecedente inmediato el Plan regional de Infraestructura Hidráulica de Asturias (PRIHA) y tiene por objeto definir la planificación general de las obras y actuaciones que en esa materia son competencia del Principado de Asturias, en los términos definidos por la Ley 1/1994, de 21 de febrero, sobre Abastecimiento y Saneamiento de Aguas en el Principado de Asturias, y el Reglamento que la desarrolla, aprobado en el Decreto 19/1998, de 23 de abril.

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El control de la calidad de los ríos asturianos es competencia de la Confederación Hidrográfica del Cantábrico. Este Organismo realiza este cometido a través de las redes de control automático de que dispone en los ríos asturianos. Se dispone de 132 estaciones de control en las que se analizan las aguas residuales con cierta periodicidad.

A continuación se indican los parámetros que superan las concentraciones establecidas para el cumplimiento de los objetivos de calidad para los diferentes usos en todos los ríos asturianos:

Producción de agua potable tipo A2

 Con más frecuencia: los coliformes totales, los fenoles, el mercurio, las sustancias extraíbles al cloroformo.

 Con menor frecuencia: cromo total, hidrocarburos disueltos, fosfatos, plaguicidas, selenio.

Vida de peces

 Con más frecuencia: cloro residual total y nitritos.  Ocasionalmente: sólidos, cobre y fósforo total. Baño:

 Estreptococos fecales  Coliformes totales.

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estas instalaciones hay que añadir las importantes inversiones realizadas en materia de saneamiento. Estas infraestructuras han sido ejecutadas por el Gobierno del Principado de Asturias, por el Estado, a través de la antigua Confederación Hidrográfica del Norte (actual Confederación Hidrográfica del Cantábrico), y por las distintas Administraciones Locales.

Al hablar de calidad de las aguas, es necesario considerar los dos medios acuáticos existentes en el Principado de Asturias, las aguas continentales y las aguas marinas. La situación de Asturias con 300 Km de costa del mar Cantábrico y la cercanía de la cordillera Cantábrica al mar determina que los ríos del Principado de Asturias sean cortos, con elevada cabecera, fuertes pendientes y de caudal regular y abundante. La regularidad de las precipitaciones mantiene un régimen interanual, en general, poco variable. Los máximos caudales se registran en la transición del invierno a la primavera y los mínimos al final del estío, sin llegar nunca a la sequía.

Las principales cuencas hidrográficas son: Eo, Navia, Nalón-Narcea (que drena una gran parte del territorio asturiano), Sella y Cares-Deva.

El conjunto de la red fluvial mueve un volumen anual aproximado de nueve mil millones de litros. Este caudal, unido al grado de humedad del suelo, que permanece saturado entre siete y diez meses al año, permite un excedente hídrico que es utilizado por las numerosas centrales hidráulicas instaladas, y destinado al abastecimiento de la población y también para uso de algunas industrias.

En zonas de montaña se conservan algunos lagos y lagunas, de los que los más conocidos son los de Somiedo y Covadonga, que albergan una importante fauna y flora.

Las características de las aguas continentales y de las aguas marinas son bien diferentes, hecho que se ha reflejado en la legislación, la ya nombrada Directiva

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El Plan Director de Obras de Saneamiento y Depuración establece la calidad exigida a las aguas continentales cuando requieran protección o mejora para ser aptas para la vida de los peces.

Las aguas continentales que requieran protección o mejora para ser aptas por la vida de los peces quedan clasificadas en los dos grupos siguientes:

 Tipo S (aguas salmonícolas).- Las aguas en la que viven o podrían vivir los

peces que pertenecen a especies tales como el salmón (Salmo salar), la trucha (Salmo trutta), el timalo (Thymallus thymallus) y el corégono (Coregonus sp.).

 Tipo C (aguas ciprinícolas).- Las aguas en las que viven o podrían vivir los

peces que pertenecen a los ciprínidos (Cyprinidae), o a otras especies tales como el lucio (Esox lucius), la perca (Perca fluviatilis) y la anguila (Anguilla anguilla).

Las aguas continentales que se definan en los Planes Hidrológicos como aguas que requieran protección o mejora para ser aptas para la vida de los peces tendrán unos niveles de calidad que no podrán ser menos estrictos que los que figuran en la Tabla I, para los grupos especificados en el apartado anterior:

Tabla II. Requisitos establecidos por el Plan Director del Saneamiento y

Depuración del Principado de Asturias para diferentes tipos de ríos

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PARÁMETRO TIPO S TIPO C OBSERVACIONES

deberá superar la temperatura natural en más de:

1,5º C 3º C 2.- El vertido térmico no deberá tener como consecuencia que la temperatura en la zona situada aguas abajo del punto de vertido térmico (en el límite de la zona de mezcla) supere los valores siguientes:

21,5 (0) 28(0) 10(0) 10(0) El límite de la temperatura de 10º C no se aplicará sino a los períodos de reproducción de las especies que tienen necesidad de agua fría para su reproducción y exclusivamente a las aguas que puedan contener dichas especies.

Los límites de las temperaturas podrán, sin embargo, ser superados durante el 2 por 100 del tiempo.

las poblaciones de peces.

2.- Oxígeno disuelto (mg/l O2) 50%  9 50%  7

Cuando el contenido de oxígeno descienda por debajo de:

6 4 La autoridad competente deberá probar que esta situación no tendrá consecuencias perjudiciales para el

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PARÁMETRO TIPO S TIPO C OBSERVACIONES poblaciones de peces: 3.- pH 6-9(0)(1) 6-9 (0) (1) 6-9(0)(1) 6-9 (0) (1) 4.- Materias en suspensión (mg/l) (<=25)(0) ( 25) (0) (<=25)(0) ( 25) (0) 5.- DBO5 (mg/l O2) (<=3) ( 3) (<=6) ( 6)

6.- Fósforo total (mg/l P) (0,2) (0,4) En lo referente a los lagos cuya profundidad

media se sitúa entre 18 y 300 metros, se podría aplicar la siguiente fórmula

L 10 Z Tw (1 Tw)   en donde:

L = La carga expresada en mg P por metro cuadrado de superficie de lago durante un año. Z = La profundidad media, expresada en metros.

Tw = El tiempo teórico de renovación del agua del lago, expresado en años.

En los demás casos, los valores límites de 0,2 mg/l para las aguas salmonícolas y de 0,4 mg/l

para las ciprinícolas, expresados en PO42-,

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PARÁMETRO TIPO S TIPO C OBSERVACIONES 7.- Nitritos (mg/l NO2) ( 0,01) ( 0,03) 8.- Compuestos fenólicos (mg/l C6H5OH) (2) (2) 9.- Hidrocarburos de origen petrolero. (3) (3) 10.- Amoníaco no ionizado (mg/l NH3)

 0,025  0,025 Los valores de amoníaco no ionizado podrán ser

superados a condición de que se trate de puntas poco importantes que aparezcan durante el día.

11.- Amonio total (mg/l NH4)  1 (4)  1 (4)

12.- Cloro residual total (mg/l HOCl)

 0,005  0,005 Estos valores corresponden a un pH 6. Podrán

aceptarse valores mayores si el pH fuese superior.

13.- Cinc total (mg/l Zn)  0,3  1,0 Los valores corresponden a una dureza del agua

de 100 mg/l de CaCO3. Para durezas

comprendidas entre 10 y 500 mg/l, los valores límites correspondientes se pueden encontrar en la tabla II.

14.- Cobre soluble (mg/l Cu) ( 0,04) ( 0,04) Los valores corresponden a una dureza del agua

de 100 mg/l de CaCO3. Para las durezas

comprendidas entre 10 y 300 mg/l, los valores límites correspondientes se pueden encontrar en la tabla III.

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enriquecimiento natural en determinadas sustancias, entendiendo por tal el proceso mediante el cual una masa de agua determinada recibe del suelo ciertas sustancias contenidas en él sin intervención del hombre.

(1) Las variaciones artificiales del pH con respecto a los valores constantes no deberán superar + 0,5 unidades de pH en los límites comprendidos entre 6,0 y 9,0, a condición de que estas variaciones no aumenten la nocividad de otras sustancias en el agua.

(2) Los compuestos fenólicos no podrán estar presentes en concentraciones que alteren el sabor del pescado.

(3) Los productos de origen petrolero no podrán estar presentes en las aguas en cantidades que:

– Formen una película visible en la superficie del agua o se depositen en capas en los lechos de las corrientes de agua o en los lagos.

– Transmitan al pescado un perceptible sabor a hidrocarburos. – Provoquen efectos nocivos en los peces.

(4) En condiciones geográficas o climatológicas particulares y especialmente en el caso de bajas temperaturas del agua y reducida nitrificación o cuando la autoridad competente pueda probar que no hay consecuencias perjudiciales para el desarrollo equilibrado de las poblaciones de peces, se podrán fijar valores superiores a 1 mg/l.

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Habitualmente en los núcleos rurales asturianos de escaso número de habitantes se recurre a depuraciones basadas en tratamientos secundarios aerobios entre los que suelen destacan prioritariamente los siguientes:

 Fangos activados (aireación prolongada)  Lechos bacterianos

En los últimos años han ido surgiendo otras tecnologías que pueden ser una alternativa razonable para casos concretos que se estudiarán en esta investigación, como son:

 Contactores biológicos rotativos (CBR).  Reactores biológicos de membrana (MBR).

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2.1 Procesos de depuración seleccionados

2.1.1 Fangos activados (aireación prolongada)

La aireación prolongada se enmarca dentro del proceso denominado “fangos activos”, en estos procesos los son microorganismos, fundamentalmente bacterias, actúan sobre la materia orgánica (suspendida, disuelta o coloidal), presente en las aguas a tratar, transformándola en gases y en nueva materia celular, que se puede separar fácilmente del agua por sedimentación, dada su mayor densidad. (Hernández Muñoz, A. 1996).

Funcionamiento

El agua residual, tras una etapa de pretratamiento (desbaste, desarenado y desengrasado) se introduce en una cuba, o reactor biológico, en el que se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión, formado por un gran número de microorganismos agrupados en flóculos. En este reactor tiene lugar la degradación biológica, vía aerobia, de la materia orgánica presente en las aguas residuales.

El esquema de proceso habitual de Fangos Activos es el que se muestra a continuación:

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Figura 1. Esquema del proceso habitual de Fangos Activos

Las condiciones aerobias en el reactor se logran mediante el empleo de aireadores mecánicos o difusores, que además de oxigenar permiten la homogeneización del contenido del reactor, evitando la sedimentación de los flóculos.

Tras un cierto tiempo de permanencia en el reactor, las aguas pasan a un decantador, para separar el efluente depurado de los lodos (nuevas células).

Parte de los lodos “activos” generados se recirculan de nuevo al reactor, con objeto de mantener en éste una concentración determinada de microorganismos, y el resto de los lodos se purgan periódicamente.

Aplicaciones

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La Aireación Prolongada opera con cargas orgánicas muy bajas y altos tiempos de aireación, prescindiendo de la decantación primaria, y generando fangos estabilizados, que tan sólo precisan ser deshidratados antes de su disposición final.

Ventajas e inconvenientes

Las ventajas e inconvenientes que presenta el tratamiento de aguas residuales basado en aireación prolongada son:

Ventajas:

 Bajos requisitos de superficie en comparación con otros tratamientos convencionales

 Buenos rendimientos de eliminación de sólidos en suspensión y materia orgánica

 Los lodos salen de la cuba biológica ya estabilizados

Inconvenientes:

 Relativamente elevado consumo energético

 Control del proceso más complejo que en las Tecnologías llamadas “no convencionales”

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Rendimientos

A continuación se muestran los rendimientos para los agentes contaminantes indicadores comúnmente empleados para los procesos de depuración de aguas residuales asimilables a urbanas:

Tabla III. Rendimientos esperados para el proceso de Aireación Prolongada.

Parámetro Porcentaje de eliminación (%)

Sólidos en Suspensión 80 - 90 DQO 70 - 80 DBO5 80 - 95 Nitrógeno 30 - 40 Fósforo 20 - 30 Coliformes fecales 80 - 95

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2.1.2 Lechos bacterianos

Los Lechos Bacterianos, conocidos también como Filtros Percoladores, constan de una cuba o depósito donde se ubica un relleno dotado de gran superficie específica.

El agua residual, previamente decantada, se distribuye homogéneamente por la parte superior del relleno y, por goteo, atraviesa el material de relleno.

Paulatinamente, y de forma natural, sobre la superficie del relleno se va desarrollando una película biológica (biofilm). En el transcurso del agua a través del relleno, la materia orgánica presente en la misma se absorbe sobre la película biológica, degradándose en sus zonas externas.

A partir de un determinado espesor del biofilm, este pierde su capacidad de adherirse al material soporte. Bajo estas condiciones, el agua circulante arrastra la película, comenzando e esta zona la formación de un nuevo biofilm, con lo que se autorregula el espesor de la biopelícula.

La ventilación del Lecho puede ser natural o forzada. La primera (la más frecuente) se produce por el efecto de diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del lecho y la segunda mediante equipos mecánicos. (Collado Lará, R.)

Funcionamiento

Las plantas diseñadas para operar con sistemas de Lechos Bacterianos no difieren en mucho en su esquema de las que emplean las denominadas Tecnologías Convencionales. Los tratamientos previos (desbaste, desarenado, desengrasado) y primarios (decantación) son similares, si bien, en las pequeñas instalaciones se puede sustituir el tratamiento primario por sistemas de tamizado, Tanques Imhoff o Lagunas Anaerobias.

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Tras el pretratamiento y tratamiento primario, las aguas ingresan en los Lechos por su parte superior, percolan a través del relleno, donde tiene lugar la depuración y salen por la parte inferior. Las aguas depuradas y la biomasa desprendida del soporte, pasan a la etapa de decantación, en la que, por gravedad, se procede a su separación.

Las aguas depuradas constituyen el efluente final del proceso, mientras que la biomasa decantada da lugar a los lodos, que precisan ser estabilizados y deshidratados, como pasos previos a su disposición.

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sencillez de su explotación, su adaptabilidad a las fluctuaciones de caudal y carga (típicos de estos núcleos) y a la relativamente buena calidad del efluente final.

Ventajas e Inconvenientes

Las ventajas e inconvenientes que presenta el tratamiento de aguas residuales basado en lechos bacterianos son:

Ventajas:

 Menor consumo de energía, incluso en relación a los Contactores Biológicos Rotativos.

 No precisa de un control del nivel de oxígeno disuelto ni de sólidos en suspensión en el reactor biológico. Todo ello hace que la explotación sea más simple.

 Bajo nivel de ruidos por la escasa potencia instalada

 Con relación a las Tecnologías no Convencionales presentan menores requisitos de superficie para su implantación

Inconvenientes:

 Costes de obra civil en cuanto a excavaciones elevados

 Generación de lodos en el proceso, que deben ser estabilizados antes de su vertido

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Rendimientos

Tabla IV. Rendimientos esperados para los Lechos Bacterianos

Sólidos en Suspensión 80 - 90 DQO 60 - 70 DBO5 70 - 80 Nitrógeno 20 – 35 Fósforo 10 – 35 Coliformes fecales 80 - 90

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2.1.3 Contactores Biológicos Rotativos

Los Contactores Biológicos Rotativos (CBR) son sistemas de tratamiento de las aguas residuales en los que los microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica se hallan adheridos a un material soporte, que gira semisumergido en el agua a depurar.

Al girar lentamente, el soporte expone su superficie alternativamente al agua y al aire. Sobre el soporte se desarrolla, de forma natural y gradualmente, una película de biomasa bacteriana que emplea como sustrato la materia orgánica soluble presente en el agua residual y que toma el oxígeno necesario para su respiración del aire atmosférico, durante la fase de emersión.

El crecimiento de la película continúa hasta que llega un momento en que su espesor es tal, que se ve muy dificultada la difusión de oxígeno hasta las capas bacterianas más profundas. En estas condiciones el esfuerzo cortante, producido por la rotación del soporte en el seno del líquido, es suficiente para producir su desprendimiento.

Una vez desprendida la porción de película bacteriana comienza en ese lugar el crecimiento de nueva biomasa, y así indefinidamente, regulándose el espesor de la biopelícula de forma natural.

La biomasa desprendida se separa de efluente depurado en la etapa de decantación, que sigue al tratamiento biológico.

Dentro de los CBR cabe distinguir entre Biodiscos y Biocilindros. En los Biodiscos el soporte para la fijación bacteriana está constituido por un conjunto de discos de material plástico de 2 a 4 m de diámetro. Los discos se mantienen paralelos y a corta distancia entre ellos gracias a un eje central que pasa a través de sus centros.

Los Biocilindros constituyen una modificación del sistema de Biodiscos, en ellos el rotor es una jaula cilíndrica perforada, que alberga en su interior un relleno de material

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Funcionamiento

Las plantas diseñadas para operar con sistemas de Contactores Biológicos Rotativos no difieren en mucho en su esquema de las que emplean Tecnologías Convencionales. Los tratamientos previos (desbaste, desarenado, desengrasado) y primarios (decantación) son similares, si bien, en las pequeñas instalaciones se puede sustituir el tratamiento primario por sistemas de tamizado, Tanques Imhoff o Lagunas Anaerobias. Tras el pretratamiento y el tratamiento primario, las aguas ingresan en las cubas que albergan a los contactores. Tras un tiempo de permanencia, las aguas depuradas y la biomasa desprendida del soporte, pasan a la etapa de decantación, en la que, por gravedad, se procede a la separación de ambas.

Las aguas depuradas constituyen el efluente final del proceso, mientras que la biomasa decantada da lugar a los lodos, que precisan ser estabilizados y deshidratados, como pasos previos a su disposición.

Los CBR operan bajo cubierta para evitar daños en la biomasa por la acción de los agentes meteorológicos.

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Aplicaciones

Dados los bajos requisitos de superficie que precisan los CBR para su implantación, su elección se justifica cuando sean escasas las disponibilidades de terreno o el precio del mismo sea elevado.

Al trabajar cubiertos pueden operar en climas fríos, donde las otras tecnologías tienen problemas por la baja actividad bacteriana que se genera en esa situación.

Las ventajas e inconvenientes que presenta el tratamiento de aguas residuales basado en contactores biológicos rotativos son:

Ventajas:

 Consumo de energía moderado. No es necesario recircular fangos del decantador secundario a la zona biológica, al ser suficiente la concentración de biomasa bacteriana que se halla adherida al soporte

 Mejor comportamiento ante la presencia de tóxicos, dado que la flora bacteriana no permanece inmersa en el agua de forma continuada, sino que una buena parte del tiempo se encuentra en contacto con el aire, en condiciones de recuperación.

 No precisa de un control del nivel de oxígeno disuelto ni de sólidos en suspensión en el reactor biológico. Todo ello hace que la explotación sea más simple

(37)

 Facilidad de construcción gradual. Al tratarse de un proceso de construcción modular se puede efectuar la gradual ampliación del mismo en función de las necesidades de depuración

 Al estar generalmente ubicadas las unidades de CBR en recintos cubiertos se mantiene una temperatura más elevada en el agua a depurar con lo que se mejora el rendimiento en períodos fríos

 Con relación a las Tecnologías no Convencionales presentan menores requisitos de superficie para su implantación

Inconvenientes:

 Costes de instalación elevados

 Generación de lodos en el proceso, que deben ser estabilizados antes de su vertido

 Con relación a las Tecnologías no Convencionales presentan mayores consumos energéticos y una mayor complejidad de explotación y mantenimiento

Rendimientos

A continuación se muestran los rendimientos para los agentes contaminantes indicadores comúnmente empleados para los procesos de depuración de aguas

(38)

Tabla V. Rendimientos esperados para los Contactores Biológicos Rotativos

(39)

2.1.4 Tanque Imhoff

Los Tanques Imhoff son dispositivos que permiten un tratamiento primario de las aguas residuales, mediante la eliminación de la materia particulada sedimentable y de los flotantes. La fracción orgánica de los sólidos sedimentados se mineraliza vía anaerobia.

Funcionamiento

Los Tanques Imhoff constan de un único depósito en el que se separan la zona de sedimentación, que se sitúa en la parte superior, de la de digestión de los sólidos decantados, que se ubica en la zona inferior del depósito. La configuración de la apertura que comunica ambas zonas impide el paso de gases y partículas de fango de la zona de digestión a la de decantación, con lo que se evita que los que los gases que se generan en la digestión afecten a la sedimentación de los sólidos.

(40)

Aplicaciones

Este sistema se emplea como tratamiento previo a Sistemas de Aplicación al Terreno, y en el caso de pequeñas instalaciones como tratamiento primario, previo a Contactores Biológicos Rotativos o a Lechos Bacterianos.

El límite de aplicación suele fijarse en los 500 habitantes, si bien, pueden implantarse varios módulos con lo que se incrementa el rango de aplicación.

Las ventajas e inconvenientes que presenta el tratamiento de aguas residuales basado en tanque imhoff son:

Ventajas:

 Bajos costes de inversión y explotación. Como tarea fundamental de explotación destaca la extracción periódica de los lodos digeridos y de los flotantes

 Consumo energético nulo

 Ausencia de averías electromecánicas  Admite la instalación enterrada

(41)

 Bajos rendimientos, por lo que los efluentes precisan tratamientos posteriores  Acumulación de grasas y aceites en la superficie

 escasa estabilidad frente a caudales punta

Rendimientos

Tabla VI. Rendimientos esperados para el Tanque Imhoff

Sólidos en Suspensión 60 - 70

DQO 20 - 30

DBO5 30 - 40

Nitrógeno 10 – 20

(42)

2.1.5 Filtros de arena enterrados

Cuando la naturaleza del terreno (permeabilidad excesiva o impermeabilidad), imposibilita la aplicación de los sistemas naturales de infiltración subsuperficial, puede recurrirse a la sustitución del suelo natural por uno artificial (arena) de permeabilidad controlada. (Collado Lará, R.)

Funcionamiento

Los filtros de arena presentan espesores comprendidos entre 0,6 y 0,9 m y descansan sobre una capa de grava de unos 0,4 m de profundidad, en las que se embuten las tuberías de drenaje que recogen los efluentes depurados.

Sobre la arena se extiende una capa de grava, de unos 30 cm de espesor, en cuyo interior discurren los drenes que permiten la distribución de las aguas a tratar sobre la arena.

Por último, una capa de tierra vegetal, de 20 - 30 cm de profundidad, recubre todo el conjunto. El agua residual pretratada (procedente de Fosas Sépticas o Tanques Imhoff), descarga en una arqueta de reparto, que permite la alimentación de los diferentes drenes de reparto de las aguas a tratar.

Para mantener las condiciones aerobias durante la operación, el agua residual se aplica a los filtros de forma intermitente.

(43)

(44)

Aplicaciones

Cuando la dispersión de la población es grande resulta más económico y eficaz el tratamiento “in situ” de las aguas residuales generadas. Los sistemas de Aplicación Subsuperficial constituyen una solución muy válida y frecuente en estas situaciones.

Las ventajas e inconvenientes que presenta el tratamiento de aguas residuales basado en filtros de arena enterrados son:

Ventajas:

 Bajos costes de explotación y mantenimiento  Consumo energético nulo

 Ausencia de averías electromecánicas

 Se alcanzan elevados rendimientos de depuración. Se evita el contacto de personas o animales con las aguas residuales

Inconvenientes:

 Elevados requisitos de superficie para su implantación  Su posible aplicación depende de las características el suelo.

 Si el diseño y el mantenimiento no son correctos pueden contaminarse las fuentes de abastecimiento subterráneas

(45)

Rendimientos

Tabla VII. Rendimientos esperados para los Filtros de Arena Enterrados

(46)

2.1.6 Zanjas filtrantes

La aplicación al terreno, de forma subsuperficial, de los efluentes procedentes de Fosas Sépticas o Tanques Imhoff, se realiza a través de zanjas que permiten la dispersión de las aguas. La depuración tiene lugar a medida que los influentes van percolando por el terreno.

Funcionamiento

Las zanjas tienen una profundidad de 0,5 - 0,7 m, una anchura comprendida entre 0,4 y 0,8 m, una longitud de 20 - 30 m y la separación entre las mismas es de 1,0 - 2,5 m. El agua residual pretratada (procedente de tratamientos anteriores), descarga en una arqueta de reparto, que permite la alimentación alternada de las distintas zanjas.

El agua se dispersa por las zanjas a través de tuberías de drenaje embutidas en una capa de grava.

En el fondo se las zanjas se extiende un lecho de arena y sobre la grava se distribuye una capa de tierra vegetal, de unos 20-30 cm.

La superficie de infiltración está constituida por el fondo de las zanjas, pero ante posibles obstrucciones, también las paredes verticales de las zanjas contribuyen a la infiltración del agua a tratar.

(47)

Figura 6. Esquema de las Zanjas Filtrantes

Aplicaciones

También son muy empleadas cuando la dispersión de la población al igual que los Filtros de Arena Enterrados.

Las ventajas e inconvenientes que presenta el tratamiento de aguas residuales basado en zanjas filtrantes son:

(48)

Ventajas:

 Bajos costes de explotación y mantenimiento  Consumo energético nulo

 Ausencia de averías electromecánicas

 Se alcanzan elevados rendimientos de depuración. Se evita el contacto de personas o animales con las aguas residuales

Inconvenientes:

 Elevados requisitos de superficie para su implantación  Su posible aplicación depende de las características el suelo.

 Si el diseño y el mantenimiento no son correctos pueden contaminarse las fuentes de abastecimiento subterráneas

Rendimientos

(49)

Tabla VIII. Rendimientos esperados para las Zanjas Filtrantes

(50)

2.1.7 Reactor Biológico de Membranas (MBR)

El proceso MBR se basa en una tecnología que integra un crecimiento microbiológico suspendido con un sistema de membrana de ultrafiltración que sustituye la función de separación de sólidos de los decantadores secundarios y los filtros de arena de un sistema convencional de lodos activados. (Lopetegui, J. 2004).

La tecnología MBR vence con eficacia los problemas asociados con la pobre sedimentación del lodo en procesos convencionales de lodos activados. La tecnología también permite el funcionamiento del biorreactor con concentraciones más elevadas de sólidos en el licor de mezcla que los sistemas convencionales de lodos activados que están limitados por la decantación del lodo. El proceso MBR es manejado típicamente a una concentración de sólidos en suspensión en el licor de mezcla (MLSS) entre 15.000 y 30.000 mg/L.

Concentraciones de biomasa elevadas permiten una eliminación altamente eficaz del material biodegradable en partículas y del material soluble en la corriente residual. El proceso MBR combina las operaciones de unidad de aireación, la clarificación secundaria y la filtración en un solo proceso, produciendo un efluente de alta calidad, simplificando la operación y reduciendo enormemente exigencias espaciales.

Funcionamiento

Los bioreactores de membrana están compuestos por dos partes principales que son:  la unidad biológica, o reactor biológico, responsable de la degradación de los

compuestos presentes en el agua residual y

 el módulo de la membrana encargado de llevar a cabo la separación física del licor de mezcla.

(51)

Distinguimos dos tipos principales de bioreactores de membrana en base a su configuración:

• Biorreactores con membrana integrada o sumergida

• Membranas externas con recirculación al biorreactor

La diferencia entre ambas configuraciones se muestra en la siguiente tabla:

Tabla IX. Diferencia entre la configuración MBR con membrana sumergida y

externa o presurizada

Membrana Sumergida Membrana externa o presurizada

Costes de aireación altos (90%) Costes de aireación bajos (20%) Costes de bombeo muy bajos Costes de bombeo altos (60-80%) Flujo bajo (compactación menor) Flujo alto (mayor compactación) Frecuencia de limpieza baja Requiere mayor frecuencia de limpieza Menores costes de operación Costes de operación elevados

Inversión inicial alta Inversión inicial menor

a) Biorreactores con Membrana Integrada o Sumergida

La unidad de membrana que realiza la separación física está inmersa en el tanque biológico. La fuerza impulsora a través de la membrana es alcanzada presurizando el biorreactor o creando presión negativa en el lado permeado de la membrana. La limpieza de la membrana se realiza a través de frecuentes retrolavados con agua

(52)

proceso biológico y para la propia limpieza de la membrana. A continuación se presenta un esquema explicativo de este tipo de configuración:

Figura 7. Esquema explicativo de configuración MBR con membrana

sumergida

b) Membranas externas o con recirculación al reactor

Esta configuración de MBR implica que el licor de mezcla es recirculado desde el biorreactor hasta la unidad de membrana que se dispone externamente a la unidad biológica. La fuerza impulsora es la presión creada por la alta velocidad del flujo a través de la superficie de la membrana. La siguiente figura muestra un esquema de simplificado de este tipo de configuración.

(53)

Aplicaciones

Las aplicaciones de las MBR se centran en aquellos lugares que por su condición precisan unas altas tasas de depuración (lugares de interés medioambiental o lugares catalogados como espacios protegidos, LIC, etc.), donde la depuración pretendida no solo debe ser eficaz sino que además las plantas de tratamiento diseñadas deben integrar un pequeño impacto medioambiental sumado a un reducido tamaño.

Para hablar de las ventajas asociadas a esta tecnología es necesario compararla con el proceso convencional de fangos activados.

Ventajas:

 Eficaz retención de los sólidos suspendidos y de los compuestos más solubles dentro del biorreactor lo que proporciona un efluente de excelente calidad

(54)

 Cuando se utiliza UF, Se logra la retención de las bacterias y virus obteniéndose un efluente estéril, lo que elimina la necesidad de llevar a cabo costosos procesos de desinfección eliminando también la peligrosidad que llevaban asociada los subproductos de la desinfección (Cicek et al. 1998a).  La ausencia del clarificador, que también actúa como un selector natural de la

población bacteriana, permite que se desarrollen bacterias de crecimiento lento (bacterias nitrificantes, bacterias que degradan compuestos complejos etc.) y que persistan en el biorreactor incluso a tiempos de retención de sólidos cortos.  La membrana retiene no sólo toda la biomasa sino que también previene el

escape de enzimas exocelulares y de oxidantes solubles que crean una licor de mezcla más activo capaz de degradar una gama más amplia de compuestos.  Compactación: Con la tecnología MBR se puede operar bajo unas

concentraciones de 15 – 30 g MLSS/L. Trabajando a la máxima concentración de MLSS la superficie de la planta se puede reducir en un 50% o más.

 Dado que los bio-reactores de los MBR pueden operar con 15-30 g MLSS/L, la edad del fango son más altas que los sistemas convencionales. La mayor parte de las plantas MBR operan a edades de fango de 40 días o superior. Estas edades de fango elevadas pueden reducir en hasta un 40% la producción de fango con la consiguiente reducción de costes de operación.

Inconvenientes:

 Mayor inversión inicial por ser una tecnología emergente

 Consumo eléctrico elevado al requerir las membranas una presión mínima para obtener el permeado.

(55)

 Necesidad de realizar limpiezas periódicas cuando se colmate la membrana. Las limpiezas pueden ser con agua y aire o con agentes químicos.

 Necesidad de personal cualificado para su mantenimiento.

Rendimientos

Tabla X. Rendimientos esperados para el proceso de Reactor Biológico de

Membrana (MBR)

Sólidos en Suspensión 90 - 99

DQO 90 – 98

DBO5 90 – 99

(56)

2.2 Caudal

ecológico

Introducción

Consideraremos como criterio aceptable para el contraste de la cuantía del caudal ecológico mínimo, el que se deduce, para un periodo de retorno considerado, basándose en la función de Gumbel de valores extremos.

Se llama periodo de retorno de un determinado caudal mínimo al número medio de años que han de transcurrir para que se produzca una sola vez un caudal mínimo anual

igual o inferior al citado. Es decir, si Qp es el caudal mínimo anual correspondiente (se

trataría de caudales medios mensuales) a un periodo de retorno de n años, eso significa

que, por término medio, se da un caudal inferior o igual a Qp, una vez cada n años.

La función de distribución teórica de probabilidad más usada en general, por la bondad de sus resultados, para estudiar los valores extremos de las variables meteorológicas (que son, sin duda, las de mayor influencia en las oscilaciones de los caudales del río), es la función GUMBEL, que se detalla a continuación.

Cálculo de los periodos de retorno

La función teórica de la distribución de probabilidad de Gumbel viene dada por la formulación:

y

e

p



  (1)

(57)

sea menor o igual a Qp, La variable y es una variable intermedia, y e es la base de los

logaritmos neperianos o naturales (e = 2,71828284..,).

De hecho puede suceder que sólo se disponga de los registros de caudal correspondientes a una corta serie cronológica de años, lo que no permite conocer, por otros procedimientos iterativos, los caudales mínimos correspondientes a periodos de retorno superiores al número de años conocidos de la serie histórica. Por ello, puede resultar de interés recurrir a métodos como el que se desarrolla a continuación.

Si en número suficientemente grande de años N se ha dado V veces un caudal mínimo

absoluto anual inferior o igual a Qp, se cumplirá que:

N V p

 1

y como el periodo de retorno correspondiente a Qp es :

V N n se cumple que: n p 1 1  , de donde: N V n p n   1 1

(58)

Tomando logaritmos naturales a la ecuación inicial (1), obtendremos: ; ln 1 ; 1 ln p e e e p y _y y 





co



co p



p p p y ln ln ln ln1 ln ln ln 1 ln _                   (2)

El valor Qpse calcula mediante la siguiente fórmula:

; K S q Qp   q siendo:

 q valor medio de los caudales mínimos anuales.

N q q n j j



  1

 S_q desviación típica o “standard” muestral de los caudales mínimos

anuales:













n j N q q N N q q S n j j n j n j j j q ₁ ₁ ; 1,2,..., 1 2 1 2 1 2        



    y S y y K   ; en la que:

 y viene dada por la ecuación (2)

 y es la media de los valores:





n i i n yi , 1,2,..., 1 ln ln           

(59)

(60)

Para el desarrollo de este caso práctico, se han estudiado cuatro escenarios reales en cuatro parajes diferentes existentes en el Principado de Asturias. Cada uno de ellos posee unos condicionantes hidrológicos, de calidad del efluente y geológicos que los hacen englobar la mayor parte de situaciones presentes en el territorio objeto del ámbito. Se estudiará, diseñará y presupuestará, para cada caso, la Mejor Técnica Disponible (MTD) para la depuración de las aguas residuales y su posterior vertido al medio receptor.

Se tendrán en cuenta los siguientes aspectos a considerar para el diseño de la línea de proceso:

- Calidad exigida en el efluente - Caudal de agua a tratar

- Espacio requerido para la implantación del sistema de tratamiento - Características hidrogeológicas del punto de vertido

- Inversión inicial

- Caudal ecológico del efluente - Existencia de acometida eléctrica

(61)

3.1 Escenario Nº 1

3.1.1 Marco hidrogeológico

Para caracterizar el medio hidrogeológico donde se efectuará el vertido indirecto del efluente de la E.D.A.R. se han realizado ensayos de permeabilidad Haefeli de nivel variable en una calicata mecánica ejecutada al efecto.

Al inicio de este ensayo el nivel estático se situaba en los 1,50 m de profundidad, lo que implica un espesor de suelos susceptibles de ser saturados de 1,50 m.

Los resultados obtenidos en el ensayo de permeabilidad realizado, indican la presencia

de aguas subálveas en un acuífero muy baja permeabilidad (10-4 cm/seg), debido a la

existencia del sustrato rocoso pizarroso a cotas prácticamente superficiales. Así pues, este medio se caracteriza por presentar una baja transmisividad, en torno a los 0,13 m²/d.

Considerando los valores de permeabilidad obtenidos para el medio receptor del vertido indirecto, se puede calificar como un acuífero de muy baja permeabilidad, el cual se recarga con las precipitaciones (a través de la escorrentía superficial) y se descarga hacia un Arroyo existente, que constituye el nivel de referencia hidrogeológico.

3.1.2 Caudal ecológico del medio receptor. Escenario 1

Se poseen los datos de caudales medios interanuales del río al que tributa el regato al que se pretende verter el efluente de la EDAR del Escenario 1, por lo que se puede estimar el caudal mínimo medioambiental para ese tramo. Teniendo en cuenta que la

(62)

circulará por el arroyo al que se pretende incorporar este efluente procedente del vertido de la EDAR Escenario 1.

A los efectos que siguen, es conveniente tener presente los siguientes conceptos:

- Periodo de retorno (n) en años: se define como correspondiente a aquel

caudal mínimo medioambiental tal que la probabilidad de que en un año cualquiera determinado se produzca un caudal inferior es 1/n. Así mismo, los caudales medioambientales proponemos que se clasifiquen, según sus periodos de retorno, al objeto de establecer una distinción cualitativa entre ellos, del siguiente modo:

 Caudal mínimo ordinario: Corresponde a periodos de retorno de 3 a 7

años.

 Caudal mínimo extraordinario: Corresponde a periodos de retorno de

7 a 9 años.

 Caudal mínimo catastrófico: Corresponde a periodos de retorno de 9

a 11 años.

Obsérvese que en la clasificación anterior se han considerado periodos de retorno o recurrencia máximos de 11 años. Este es un criterio muy utilizado para el estudio de los datos meteorológicos, utilizando para mayores espacios muestrales múltiplos de 11 (22, 33, 44,…).

Para el cálculo de la distribución de Gumbel para mínimos se han utilizado los datos correspondientes a las aportaciones registradas en la Estación Hidrológica del río 1, reflejados en el Estudio de recursos del Plan Hidrológico Norte. Mediante el

(63)

para los periodos de retorno de 3, 5, 7, 9, 10, 11 años arrojando los siguientes resultados:

Tabla XI. Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 1

PERIODO DE

RETORNO (AÑOS) Qmínimo (m

3 /s) TIPO 3 47,49 Ordinario 5 40,24 7 39,35 Extraordinario 9 37,48 Catastrófico 10 36,73 11 36,07

Como se puede observar en la tabla anterior a medida que aumenta el periodo de retorno considerado el CAUDAL MEDIOAMBIENTAL estimado se hace cada vez más pequeño pasando de ordinario a extraordinario y por último catastrófico.

(64)

Tabla XII. Resultados de caudal mínimo medioambiental para el Escenario 1 aplicado el coeficiente de proporcionalidad

PERIODO DE

RETORNO (AÑOS) Qmínimo (l/s) TIPO

3 332,44 Ordinario 5 281,65 7 275,43 Extraordinario 9 262,35 Catastrófico 10 257,13 11 252,52

Tomamos como valor válido para el caudal ecológico del Arroyo “1”, arroyo al que vierte la EDAR correspondiente al Escenario 3, el valor de 281,65 l/s.

Las tablas con los valores de los resultados se adjunta en el ANEJO. CÁLCULOS CAUDALES MÍNIMOS MEDIOAMBIENTALES.

(65)

CÁLCULOS

CAUDALES MÍNIMOS MEDIOAMBIENTALES

(66)

CAUDALES MÍNIMOS MEDIOAMBIENTALES

(Escenario nº 1)

Año Caudal (m3

/s)

2002/03 63,52 q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K

2003/04 53,77 53,11 9,3401 5 0,490 0,985 1,674 53,11 9,3401 6 0,495 1,001 1,753 53,11 9,3401 6 0,500 1,015 1,824

2004/05 41,69

2005/06 45,88

2006/07 60,69 T = 9 años T = 10 años T = 11 años

p = 0,889 p = 0,900 p = 0,909 y = 2,139 y = 2,250 y = 2,351 qmin (m 3 /s) qmin (m 3 /s) qmin (m 3 /s)

T yi Prob (Pmax<= x) Catastrófico T yi Prob (Pmax<= x) Catastrófico T yi Prob (Pmax<= x) Catastrófico

1 -0,8340 0 37,48 1 -0,8746 0 36,73 1 -0,9102 0 36,07 2 -0,4759 0,5 2 -0,5334 0,5 2 -0,5832 0,5 3 -0,1856 0,667 3 -0,2618 0,667 3 -0,3266 0,667 4 0,0874 0,750 4 -0,0115 0,750 4 -0,0940 0,750 5 0,3665 0,800 5 0,2377 0,800 5 0,1330 0,800 6 0,6717 0,833 6 0,5007 0,833 6 0,3665 0,833 7 1,0309 0,857 7 0,7941 0,857 7 0,6180 0,857 8 1,4999 0,875 8 1,1443 0,875 8 0,9027 0,875 9 2,2504 0,889 9 1,6061 0,889 9 1,2459 0,889 10 2,3506 0,900 10 1,7020 0,900 11 2,4417 0,909

q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K

53,11 9,3401 5 0,429 0,788 0,602 51,21 9,3401 6 0,459 0,886 1,175 53,11 9,3401 5 0,477 0,945 1,473

T = 3 años T = 5 años T = 7 años

p = 0,67 p = 0,80 p = 0,857 y = 0,903 y = 1,500 y = 1,870 qmin (m 3 /s) qmin (m 3 /s) qmin (m 3 /s)

T yi Prob (Pmax<= x) Ordinario T yi Prob (Pmax<= x) Ordinario T yi Prob (Pmax<= x) Extraordinario

1 -0,3266 0 47,49 1 -0,5832 0 40,24 1 -0,7321 0 39,35 2 0,3665 0,5 2 -0,0940 0,5 2 -0,3266 0,5 3 1,2459 0,667 3 0,3665 0,667 3 0,0194 0,667 4 0,9027 0,750 4 0,3665 0,750 5 1,7020 0,800 5 0,7550 0,800 6 1,2459 0,833 7 2,0134 0,857 q (medio) Desviacion tipica (q) N y (media) Desviación típica (y) K

53,11 9,3401 5 0,477 0,945 1,625 Q mínimo 41,69 T = 8 años p = 0,875 y = 2,013 qmin (m 3 /s)

T yi Prob (Pmax<= x) Extraordinario

1 -0,7321 0 37,93 PERIODO DE RETORNO (AÑOS) Qmínimo(m

3 /s) TIPO 2 -0,3266 0,5 332,436566 3 47,49 3 0,0194 0,667 281,647939 5 40,24 4 0,3665 0,750 275,433512 7 39,35 Extraordinario 5 0,7550 0,800 262,348915 9 37,48 6 1,2459 0,833 257,130255 10 36,73 7 2,0134 0,857 252,515846 11 36,07

PERIODO DE RETORNO = 11 AÑOS

Periodo de Retorno

Gumbel

Gumbel Gumbel

Ordinario

Gumbel

Catastrófico

Gumbel

(67)

3.1.3 Datos base de partida

Calculamos a continuación una EDAR para una población de diseño de 150 habitantes equivalentes con los siguientes condicionantes:

Condicionantes externos:

 Calidad exigida al efluente. Moderada

 Problemas de espacio para instalación No

 Características hidrogeológicas. Terreno impermeable

 Caudal ecológico estimado. 281,65 m3/s

 Acometida eléctrica. Inexistente

Caudales de vertido:

Número de habitantes equivalentes: 150 EQH

Caudal medio diario: 37,50 m3/día

Caudal medio horario: 1,56 m3/h

Coeficiente punta: 2,50 m3/h

Caudal máximo: 3.91 m3/h

Parámetros de partida:

Carga diaria DBO5: 30.00 g/hab/día

Carga diaria DQO: 90.00 g/hab/día

Carga diaria SS: 60.00 g/hab/día

(68)

3.1.4 Diseño de la E.D.A.R.

La E.D.A.R. propuesta está compuesta por una obra de entrada, pretratamiento, decantador – digestor anaerobio, filtro biológico percolador y decantador secundario también dotado de digestor anaerobio, finalmente se propone un filtro de arena enterrado como tratamiento terciario.

a) Cálculos

TAMIZADO

Parámetros de diseño

Tipo de Tamiz:………... Estático Evacuación de residuos:... Contenedor Producción residuos,(l/hab.año):... 15.00 Densidad de residuos (Kg/m3_{):... 800.00}

Tiempo de evacuación de residuos,(d):... 7.00 Paso tamiz,(mm):... 1.00

Dimensiones resultantes

(69)

Alto,(mm):... 1350 Pérdida de carga,(mm):... 760

Producción y evacuación de residuos

Volumen diario de residuos,(m3/d):... 0.01

Peso diario de residuos, (Kg/d):... 4.93 Volumen de contenedor,(m3):... 1.00

Tiempo real entre dos evacuaciones,(d):... 162.22

DECANTADOR – DIGESTOR ANAEROBIO (IMHOFF) Parámetros de diseño

Pérdida de carga,(cm):... 3.00 Porcentaje de materia volátil,(%):... 65.00 Reducción de materia volátil,(%):... 45.00 Concentración del fango en el tanque,(%):... 10.00 Carga hidraúlica a Qmed,(m/h):... 1.00 Carga hidraúlica a Qmax,(m/h):... 1.50 Tiempo de retención a Qmed,(h):... 3.00

(70)

Dimensiones resultantes

Altura total del tanque,(m):... 2.98 Diámetro del tanque (m):……….2,69 Superficie decantación,(m2):... 5.71

Altura recta zona decantación,(m):... 0.30 Altura inclinada zona decantación,(m):... 0.20 Altura zona decantación,(m):... 0.50 Espesor sumergido deflector,(cm):... 30.00 Espesor emergido deflector,(cm):... 15.00 Separación lámina de agua a cubierta,(cm):... 30.00 Volumen zona decantación,(m3):... 2.93

Superficie de digestión,(m2):... 5.71

Volumen de digestión unitario,(m3):... 6.97

Altura zona digestión,(m):... 1.58 Altura recta zona digestión,(m):... 0.66 Altura inclinado zona digestión,(m):... 0.93

(71)

Carga hidraúlica a Caudal máximo,(m/h):... 0.3422 Tiempo de retención a Caudal medio,(h):... 3.76 Tiempo de retención a Caudal máximo,(h):... 1.50 Tiempo entre dos evacuaciones,(meses):... 12.00

Producción y evacuación de fangos:

Producción diaria fangos primarios,(KgSS/d):... 5.40 Volumen anual de fangos primarios,(m3/año):... 13.94

Volumen de digestión necesario unitario,(m3):... 6.97

LECHO BACTERIANO Parámetros de diseño: Lecho bacteriano:

Tª media en invierno,(ºC):... 10.0 Tª media en verano,(ºC):... 20.0 Producción de fangos, (KgSS/KgDBO5):... 0.60 Tasa de recirculación, (%) :... 0.00 Tipo de Lecho seleccionado:... Media Carga

(72)

Forma geométrica del Lecho:... Circular Separación borde-alimentación, (m):... 0.20 Separación alimentación-relleno, (m):... 0.20 Profundidad del lecho, (m):... 1.50 Espesor de capa de drenaje, (m):... 0.30 Tamaño de relleno, (cm):... 5.00 Superficie específica, (m2/m3):... 60.00

Indice de huecos, (%):... 50.00 Densidad del relleno, (Kg/m3):... 1500.00

Relación Sup.Ventilación/Sup.Lecho;(m2/m2):... 0.20

Decantador secundario:

Carga hidráulica Qm , (m/h):... 0.50 Carga hidráulica a Qmax , (m/h):... 1.00 Tiempo de retención a Qm, (h):... 5.00 Tiempo de retención a Qmax, (h) :... 3.00 Velocidad descendente entrada Qmax, (m/h):... 50.00 Carga sobre vertedero a Qm, (m3/h.m):... 10.00

(73)

Relación Prof. corona rep./ Prof. decantador(m/m):………... 0.80 Resguardo sobre la superficie del agua, (m):... 0.30 Separación deflector-borde decantador, (cm):... 30.00 Espesor emergido deflector, (cm):... 20.00 Espesor sumergido deflector salida , (cm):... 30.00 Inclinación paredes decantador,(º):... 45.00 Anchura fondo decantador, (m):... 0.70 Tipo de Decantador:... Estático Circular

Dimensiones resultantes: Lecho Bacteriano:

Altura útil del Lecho, (m):... 1.50 Profundidad total del Lecho, (m):... 2.20 Diámetro del Lecho, (m):... 2.26 Separación relleno- borde superior, (m):... 0.40 Volumen útil de Reactor, (m3):... 6.03

Superficie del Reactor, (m2):... 4.02